基于BIM技术的轨道交通站点施工管理应用

引言

轨道交通建设是衡量一个城市发展水平的重要指标。南宁、南平、上海、成都、西安等19座城市发改委共发布了28个城市轨道交通项目可研报告批复。截至目前，全国城市轨道交通在建里程数已达4070多公里，全国各地还将继续大刀扩斧地开展轨道交通的建设。然而，在轨道交通给人们带来巨大交通便捷的同时，它的设计、建造和后期运营维护也存在各种问题。一方面，施工工艺复杂、建设成本大、建设期增长、项目参与人员众多，导致项目管理工作难以一一落实；另一方面，由于信息缺失、信息集成化程度低，各方参与者沟通协调困难已经成为项目管理者的一大难题。此外，项目管理组织模式、技术应用等方面也较难满足轨道交通这样的大型项目的建设要求，使得管理难度进一步加大。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的出现，给轨道交通的管理带来新的契机，它将信息化技术引入了轨道交通全生命周期的管理，结合轨道施工管理模式，有效地提升管理效率。用数字化手段将项目管理的每一个阶段统一起来，通过可视化、系统协调、模拟优化、专业出图等一系列在传统项目管理中无法实现的功能，能有效地协调各参建方的沟通联系，形成一种以BIM技术为中心的新的项目管理模式。

BIM价值的最大化实现需要依赖不同项目成员和应用软件之间的信息自由流动，能为建设单位、业主单位、监理单位等项目参与单位提供一个统一的信息平台，通过BIM模型和工程信息涵盖项目的全生命周期信息。同时，通过BIM模型的协同应用，能保证施工信息联动性、实时性、动态可视化和可共享性等。运用基于BIM的协同施工管理平台，可以打破工程管理中的“信息孤岛”现象，为业主单位提供更及时、更高效的项目管理信息。

1.基于BIM的施工管理研究

轨道交通建筑信息模型技术在施工管理上的应用是通过建立的轨道交通工程三维BIM和相应的施工协同管理平台实现的。系统采用B/S架构，数据更新仅发生在服务器端，因而维护与审计更便利、灵活。同时，在项目的管理过程中，还采用多种综合技术，包括地理信息技术、三维仿真技术、OA技术等，来实现精细化施工管理。

BIM模型准确的形体和属性信息可以有效解决施工管理上的需求。轨道交通在施工阶段，用三维可视化的手段来指导施工，把时间维度信息赋予给每个模型构件，在浏览器中形象地展现整个施工进度。同时，还可通过BIM进行施工方案交底、施工质量管理、控制施工进度、进行工程量概算等，提高施工管理的效率。

1.1 工程施工质量管理

在项目管理中，业主单位是主要决策者，但是受到专业知识的局限，业主同设计、施工、监理等之间的沟通仍然存在一定问题。当业主对工程要求不明确的情况下，工程质量必然难以得到有效控制。通过建筑、结构、安装等各个专业整合的工程BIM模型和BIM项目管理技术，可以协助业主管理人员更好地理解和表达对工程要求，有利于开展工程质量的控制。

1.2 工程施工进度管理

BIM技术在工程进度管理上的应用主要包括三维可视化进度安排和建设工程模拟两大方面。

1.2.1 三维可视化的工程进度安排

通过网络化的可视化BIM模型集成，赋予BIM模型的每个构件时间维度上的信息，可以按照月、周、天来直观地显示计划进度。一方面，可以让管理人员对施工方案进行比较，选择符合要求的实际施工方案。另一方面，也便于工程管理人员发现实际进度和计划进度之间的偏差，及时调整进度计划。

1.2.2 工程建设的模拟

建设工程需要多单位参与，多种技术共同交叉融合，如果各个工艺顺序之间发生了偏差，就会造成一定的进度拖延。通过BIM技术，可以直观地发现二维网络计划中难以发现的逻辑顺序问题，优化实施进度。

1.3 工程投资和成本管理

BIM的施工管理中最为重要一部分就属成本管理，也就是我们所谓的BIM“5D”管理。在BIM系统管理平台上，通过BIM模型和每个BIM构件的属性，快速地进行工程量的统计，让业主更加便捷地、准确地得到不同建设方案的投资估算和概算，同时也可以比较不同方案的技术经济指标，降低工程当中不可预见费比率，提高资金使用效率。

通过BIM技术可以有效地提前发现施工的“错、漏、碰、缺”，提高施工图质量，减少施工阶段的工程变更，避免由于工程延误所造成的工程实施引起的进度款支付拖延的问题。同时，基于BIM技术和相关BIM参数，业主方和施工方更容易达成一致的协议，基于统一模型进行工程结算，争议会大幅度减少。

2.协同施工管理平台建设

基于B/S架构的“轨道交通BIM协同施工管理系统” 是在BIM技术和4D施工管理系统的基础上建立的，如图1所示。系统以GIS平台为部分组成模块，能够承载BIM模型数据、倾斜摄影数据、数字高程数据、卫星影像与航拍正摄影像数据。同时通过建立清晰的业务逻辑关系，实现了基于BIM的项目管理的协同,最终形成了业务管理、过程控制和项目决策这三个不同维度的项目管理体系。

建立的Web端的轨道交通协同施工管理系统，拥有第一人称与第三人称BIM浏览模式，能够查询BIM数据的属性信息，同时又同业务系统进行挂钩。在系统中将管理数据与BIM模型进行双向链接，从而实现各项业务同BIM模型之间的关联和联动。同时系统给项目参与人员配备相应权限的登录账号，根据业务人员、管理人员和决策人员的不同需求量身定制相应的功能模块，为业务人员提供业务管理工具,为管理人员提供管理控制手段，为决策人员提供决策分析依据。

2.1 BIM数据管理

BIM数据管理主要是项目的可视化展示模块，用于形象地展示站点的施工情况，包括施工进度、施工内容和施工场地等。可以对BIM模型进行在线浏览和查看，同时能够查询轨道站点每一个BIM构件的属性信息，包括设计属性、施工过程属性和表单属性等。同时将BIM模型与相应的图纸、变更单等图档数据库进行关联，实现了系统中模型和图纸的联动查看。

图1 协同施工平台首页

图2 站点施工模型深化

图3 三维地质资料集成

图4 市政管线BIM模型

图5 施工周边环境数据建设

图6 施工进度动态模拟

2.2 施工进度管理

传统的施工进度管理，主要通过上报纸质的或者电子的施工进度计划表来实现，这样的方式往往不够直观，业主对整体的施工进度计划没有一个直观的了解。在系统中开发的施工进度管理，主要打通了施工进度计划同BIM模型双向关联的数据接口。在BIM模型中，每一个构件都具有唯一的ID，这些ID可以同Project进度文件进行手动的关联绑定，可以实现计划进度同BIM模型的关联和动态模拟；同时实际进度通过业务系统，按照固定的表单格式进行上报，系统可以把上报的周报、月报的实际进度时间数据和BIM模型构件进行自动化的关联。最终在BIM模型上动态显示计划进度同实际进度的差异对比，有效地帮助业主控制整体施工进度。

2.3 重大方案管理

重大方案管理模块主要是针对施工的重大方案进行上报和管理工作而定制开发的，首先，施工单位可以基于BIM模型，配合现场正在实施的“超过一定规模危险性较大的分部分项工程专项施工技术方案”完成该方案的三维虚拟展示工作，并进行系统上报和管理。

通过重大方案管理模块，使得各方案得到了及时的三维演示和汇报，项目管理单位更为直观地了解施工方案并开展相应的管理内容。

3.BIM数据深化和整合

BIM项目管理和应用，需要依托一个完善的BIM数据。在轨道交通站点的施工管理应用中，BIM数据并不仅仅是指站点BIM模型数据，同时也包含了其它同施工相关的BIM模型数据，包括环境模型，场地模型，市政管线模型和地质模型等。

3.1 站点施工模型深化

根据站点的施工图纸,对宁波轨道交通3号线一期试点站明楼站的主体与附属结构进行施工深化,包括结构梁、结构板、结构柱、围护、钢支撑、剪力墙、二次结构、预埋件、开孔；同时对建筑上的门、窗、后砌墙、吊顶天花、栏杆扶手、建筑板进行施工精细化，完成了符合施工需要的构件拆分细度工作。同时根据变更的图纸，对车站主体结构模型进行更新，准确表现了站点结构各类预埋件、孔洞以及各结构节点（如图2所示）。

3.2 施工场地数据建设

3.2.1 地质资料

根据建设单位提供的相关施工工程资料，对平剖面资料进行数字转化，生成各个分界面的三维地质数据，并对所有的数据进行了集成，如图3所示。

3.2.2 市政管线BIM模型

根据市政管线勘探资料，完成了案例站点周边相关的市政管线BIM模型，同时对管线模型进行了分类，包括临时电力、电信、给水、排水等，同时又把这些管线再次细分为临时管线和永久管线，对各种管线进行了施工时间信息赋予，完成了基础市政管线BIM模型的深化工作，如图4所示。

3.3 施工环境数据建设

通过无人机航空摄影,采集了明楼站整个施工场地环境数据,同时通过配套的三维处理软件，采用多视图三维重建技术对倾斜摄影数据与正射影像数据进行三维建模，生成真实坐标下的明楼站周边三维场地环境模型，完成了整个施工场地环境数据的建设，如图5所示。

4.协同施工管理系统应用

4.1 施工前期问题校核

通过建立的BIM站点模型，市政管线模型，站点周边桥梁模型和地下桩基模型等，对整体的施工环境进行施工校核，发现设计前期的“错、漏、碰、缺”等问题，避免后期出现施工返工和施工变更。

通过给予市政管线不同的时间属性，包括临时管线和永久管线，通过模拟市政管线搬迁，也较为容易发现管线搬迁中存在的施工问题，提早调整方案，有效解决后期的施工问题。

4.2 施工进度动态模拟

传统的施工进度管理方法，是通过建设单位定期上报的甘特图和网络图来实现，表达方式不够直观和灵活。BIM模型和系统施工管理平台的建立，使得传统的二维进度形象表达向三维可视化转变。3D模型相对于2D具有更直观，更易于管理者和业主获取和理解的建筑信息的特点，将3D建筑模型与时间维度集成实现4D可视化与模拟技术是BIM技术在进度管理中应用的最为重要方面。

在不增加施工单位上报进度工作量的前提下，协同施工管理系统较好地融合上报数据同BIM模型的双向关联，通过Web端上报进度参数数据，最终在服务器端自动实现上报进度的三维动态模拟。同时也可以任意选择时间段，来查看施工程度和内容，对施工滞后、施工提前、正在施工三种状态，通过不同的颜色进行表达，真正实现了项目从维护拆除到主体结构封顶的4D进度模拟，辅助业主单位科学管理项目各项进度，如图6所示。

4.3 BIM场地布置模拟

通过BIM技术，可以实现不同时间段的施工场地模拟，提前设置相关场地影响区域，包括车辆进出通道、模板和钢筋制作加工场所，设置物料堆放场所，项目办公和生活分区，同时对塔吊安装、起重吊装、机械开挖等涉及机械安装、拆除和试用专项方案中，其运行中的平行空间（工作运转覆盖半径，危险区域等）及现场相关人员，机械、物体的响度和绝对关系进行关联，将其整个运行作业的全部空间边界占有和碰撞相关等方面进行展示，有利于对过程中的不安全因素和隐患进行排查、辨识，更有利于方案的优化和调整，如图7所示。

4.4 BIM辅助交通导改方案

通过无人机采集的正射影像，较为直观地了解整个施工场地周围的环境情况，包括周边的主要干道、次要干道、住宅出入口、河道等等，可以有效帮助施工掌握施工现场与周边交通情况，定制不同阶段场地布置与交通改道方案，并报给交警部门进行审查，也缩短了沟通的时间，提高了施工沟通的效率，如图8所示。

5.结束语

BIM技术在轨道交通管理的应用尚不成熟，需要轨道建设项目的各参与单位和人员有一个较长的熟悉和适应过程。但是BIM技术的出现，使得管理工作中心更为明确，而不再是把大量精力放在计划进度和实际进度的调整上，管理的重心开始偏向施工进度的控制，进度偏差原因分析，调控手段等。当然BIM技术也不能取代项目管理，因为BIM技术只是一种手段，只有项目管理人员合理地使用，才能使它发挥一定的效用。相信在不久的将来，根据轨道交通的实际项目管理需求，一定会摸索出一套行之有效的基于BIM 的项目管理模式。

图7 BIM场地布置模拟

图8 无人机正射影像

本文分析BIM技术在轨道交通项目中的应用，结合宁波轨道交通3号线一期明楼站的施工管理为例,为项目管理开辟了新的道路，同时项目将BIM技术同轨道交通站点的实际施工应用需求相结合，建立了基于BIM模型的协同施工管理平台，有效提高了轨道交通施工建设管理的数字化水平，为建筑信息模型在轨道交通施工中的应用提供了技术支持，提升建设行政主管部门的电子政务水平，有利于实现轨道交通施工建设管理工作的网络化协同、智能化办公与信息高效化传递。